Uutiset

Hämähäkkisilkin ja nanoselluloosan yhdistelmästä syntyi muovin haastaja

Aalto-yliopisto ja VTT ovat kehittäneet ainutlaatuisen materiaalin, joka on samalla luja, jäykkä ja sitkeä. Tulevaisuudessa sitä voidaan käyttää muun muassa biopohjaisissa komposiiteissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.
Hämähäkkisilkki
Nestemäisestä, siirapinomaisesta silkkiproteiinista syntyy vahvaa ja joustavaa kuitua. Kuva: Eeva Suorlahti

Lujan ja samalla joustavan materiaalin valmistaminen on ollut materiaalisuunnittelun suurimpia haasteita: lujuuden lisäämiseksi on pitänyt tinkiä venyvyydestä ja päinvastoin. Nyt Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat onnistuneet selättämään haasteen ottamalla mallia luonnosta.

Tutkijat loivat aivan uuden biopohjaisen materiaalin liimaamalla puun selluloosakuituja yhteen hämähäkin seitistä löytyvällä silkkiproteiinilla. Tuloksena oli hyvin jäykkää ja samalla sitkeää materiaalia, jota voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi muovien korvaamiseen, biopohjaisiin komposiitteihin, lääketieteellisissä sovelluksissa ja tekstiiliteollisuudessa.

Tutkimusta vetäneen Aalto-yliopiston professori Markus Linderin mukaan luonto tarjoaa uusien materiaalien kehittämiseen loistavia raaka-aineita, kuten nyt käytettyjä lujaa ja helposti saatavilla olevaa selluloosaa ja sitkeää ja joustavaa silkkiä. Molempien etu on se, että toisin kuin muovi, ne hajoavat luonnossa eivätkä aiheuta siellä mikromuovin kaltaisia haittoja.

”Nämä luonnon hyvät ominaisuudet meidän tutkijoiden pitää vain pystyä toistamaan”, Linder sanoo.

”Pilkoimme koivuselluloosan kuidut nanofibrilleiksi, jotka järjestimme samansuuntaisiksi. Samalla täytimme selluloosasta muodostuvan kehikon pehmeällä silkkiproteiinilla. Se toimii liimamaisena sidosaineena sekä kykenee välittämään mekaanista energiaa molekyylitasolle”, kertoo erikoistutkija Pezhman Mohammadi VTT:ltä.

Silkkiä DNA:n ja bakteerien avulla

Silkki on proteiini, jota esiintyy luonnossa muun muassa silkkitoukan erittämänä ja hämähäkinseitissä. Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijoiden käyttämä hämähäkkisilkki ei kuitenkaan ollut peräisin seitistä vaan tutkijat valmistivat sen synteettisen DNA:n ja bakteerien avulla.

”Koska tunnemme DNA:n rakenteen, voimme kopioida sen ja valmistaa sen avulla kemiallisesti samanlaisia silkkiproteiinimolekyylejä kuin hämähäkinseitissä on. DNA:ssa on kaikki se informaatio valmiina”, Linder selittää.

“Työmme on osoitus proteiinien kehittämisen uusista ja monipuolisista mahdollisuuksista. Voimme valmistaa vastaavia komposiittimateriaaleja hiukan eri raaka-aineista ja saada aikaiseksi uusia ominaisuusyhdistelmiä eri käyttötarkoituksiin. Parhaillaan kehitämme komposiittimateriaalia, joka soveltuu esimerkiksi implantteihin ja iskunkestäviin kohteisiin”, sanoo Pezhman.

Tutkimushanke on osa Suomen Akatemian rahoittamaa Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkaus ”Hyber” -huippuyksikköä.  

Tutkimus julkaistiin Science Advances -tiedejulkaisussa. Linkki artikkeliin (sciencemag.org)

Hämähäkinsilkkiproteiiniin voi tutustua 29 syyskuuta saakka New Silk – What Can We Learn From Spiders? -näyttelyssä Aalto-yliopiston Väre-rakennuksessa. Näyttely on osa Helsinki Design Weekin Designs For a Cooler Planet –näyttelyä, ja se on koottu materiaali- ja design-tutkijoiden ja tekstiiliasiantuntijoiden yhteistyönä.

Lisätietoja:

Markus Linder
Professori, Aalto-yliopisto
p. 050 431 5525
[email protected]

Pezhman Mohammadi
Erikoistutkija, VTT
p. 040 163 7835
[email protected]

Christopher Landowski
Tutkimusryhmän vetäjä, VTT
p. 040 482 0856
[email protected]

Lue lisää

Kuva osoittaa, miten valmistetaan biosynteettistä hämähäkinseittiä suurjännitteen avulla

Hämähäkkisilkki syntyy, kun mikrobeihin lisätään hämähäkin DNA:ta

Hämähäkki on opettanut tutkijoita tuottamaan synteettistä biomateriaalia, josta voi tulevaisuudessa valmistaa hyvin monenlaisia tuotteita vaatteista autonosiin.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Photo: Koite Health.
Tiedotteet Julkaistu:

Uusi menetelmä tappaa hampaista haitalliset bakteerit – hyötyjiä erityisesti syöpäpotilaat ja diabeetikot

Suomalaistutkijoiden kehittämä turvallinen menetelmä perustuu kaksoisvalohoitoon. Menetelmä ei häiritse suun normaalia bakteeriflooraa eikä aiheuta resistenssiä.
Annual Review: Dean Tuomas Auvinen, professor Jenni Reuter, HR Coordinator Hanna Nurmela. Photo: Enni Grundström
Palkitut, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulun vuosikatsauksessa juhlittiin vuoden 2019 huippuhetkiä

Helmikuun 5. päivä 2020 järjestetyssä tapahtumassa jaettiin yhteensä yhdeksän tunnustuspalkintoa Aalto ARTS -yhteisön jäsenille.
Kiertotalouslaboratorio, Ted Nuorivaara
Tiedotteet Julkaistu:

Kiertotalouden yhteislaboratorio avautui Otaniemessä

Geologian tutkimuskeskus GTK, VTT ja Aalto-yliopisto kehittävät Circular Raw Materials Hubissa ratkaisuja hiilineutraalin ja resurssitehokkaan yhteiskunnan tarpeisiin yhdessä teollisuuden kanssa.
Costa Smeralda varustelulaiturissa (Kuva: Meyer Turku Oy)
Tiedotteet Julkaistu:

Meyer Turku ja Aalto-yliopisto syvempään yhteistyöhön meritekniikan tutkimuksessa ja opetuksessa 

Tavoitteena on vahvistaa ja kehittää monialaista tutkimusyhteistyötä ja opetusta sekä tehostaa asiantuntijayhteistyötä.